DE2107022A1 - Informationsspeicher-Baueinheit - Google Patents

Informationsspeicher-Baueinheit

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W S Boyle
D Kahng
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Description

Informationsspeicher-Baueinheit
Die Erfindung "betrifft eine Informationsspeicher-Baueinheit.
Bei einer breiten Vielfalt elektrischer Baueinheiten ist die Informationsspeicherung ein wesentliches Merkmal» G-edächtnis- und Logikbaueinheiten beruhen oftmals auf elektromagnetischen Mechanismen, bei welchen die Information durch die Polung magnetischer Bereiche dargestellt wird, die in einer Platte, einem Hohlkern oder Draht gespeichert sind»
Bei der üblichen Form einer Fernsehkamera wird ein optisches Bild in Form elektrostatischer Ladung auf einer monolithischen Speicherschicht gespeichert. Die örtlich festgelegte Ladungsdichte der elektrostatischen Verteilung wird alsdann mit einem abtastenden Elektronenstrahl "abgelesen".
Eine Informationsspeicherung liegt implizit auch in Verzögerungsleitungen vor. Diese Einrichtungen sind typischerweise von akustischer oder elektromechanisch er Art, wobei die Infor-^ mation dynamisch in einer wandernden elastischen Welle gespeichert wird.
Elektrische Speicherbaueinheiten umfassen allgemein Anordnungen von gesonderten Baueinheiten, die in logischen Anordnungen verbunden sind, wobei binäre Informationen gespeichert und durch aufeinanderfolgende Schaltung der Baueinheiten verarbeitet werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Informationsspeicher-Baueinheit geschaffen, welche ein Speichermedium zur Speicherung elektrischer Ladungsträger in Mengen umfaßt, welche Informationen an einigen "besonderen Speicherstellen "bei oder nahe der Oberfläche des Speichermediums darstellen= Die Erfindung kennzeich·* net sich durch Elemente zuf Übertragung gespeicherter Ladungsträger innerhalb des Mediums zwischen Jeder der besonderen Speicherstellen und letztlich zu einer Anzeigestelle sowie Bauelemente zur Anzeige der gespeicherten Ladung an der Anzeigestelle. Auf diese Weise schafft die Erfindung einen Informatxonsspexchermechanismus, welcher sehr vielseitig ist und wesentliche Vorteile gegenüber einigen Formen bekannter Speicherbaueinheiten aufweist=
Die Erfindung beruht allgemein auf der Erkenntnis, daß elektrische Ladung in einem räumlich definierten Potentialminimum innerhalb eines Halbleiters gespeichert werden kann, daß die Speicherstelle innerhalb des Halbleiters gewählt werden kann und daß, was am wichtigsten ist, die Speicherstelle innerhalb des Halbleiters in zwei Dimensionen bewegt werden kann. Auf diese Weise kann Informationen darstellende elektrische Ladung erzeugt, übertragen und wiedererhalten werden.
In einem statischen Sinn sind die zur Speicherung erfindungsgemäß verwendeten Stellen bekannt= Es handelt sich um Entleerungsschichten, welche in der Lage sind, Minoritätsladungsträger einzuschließen und zu speichern. Zum Zwecke der Erfindungsbeschreibung werden diese Speicherstellen als "Potentialmulden" bezeichnet. Es ist wichtig zu erkennen, daß eine entsprechende Baueinheit ausschließlich auf Minoritätsträgern beruht, um die Informationen durch die Erzeugung von 'Übertragungsanzeigevorgängen darzustellen=
Eine Potentialmulde kann an einer gewünschten Stelle in dem Halbleiter erzeugt werden, indem dieser Örtlich vorgespannt
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wird. Dies kann bei einem darstellungsweisen Ausführungsbeispiel erleichtert werden, indem eine elektrische Peldverteilung über der Halbleiterflache·hergestellt wird. Die Verteilung kann für bestimmte Ausführungsformen von Baueinheiten (nachfolgend beschrieben) monolithisch sein oder eine bestimmte Geometrie annehmen, um eine gewünschte Wirkungsweise zu erzielen, beispielsweise eine logische !Funktion. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfassen die Einrichtungen eine Metall/Isolator/Halbleiter(MIS)-Anordnung, wobei der Entleerungsbereich über den an sich bekannten PeIdeffekt gebildet wird.
Die Potentialmulden können anfänglich nach einigen Verfahren geladen werden. Dies ist nachfolgend in Einzelheiten zusammen mit Anzeige- oder Ableseschemata abgehandelt. Die Übertragungsfunktion wird erreicht, indem die Potentialmulden längs des gewünschten Übertragungsweges bewegt werden. Dies hat die Wirkung, daß die in jeder Mulde angesammelte Ladung bewegt wird.
Die oben beschriebenen Baueinheiten sind im wesentlichen Minoritätsträger-Baueinheiten," was bedeutet, daß die Ladungsträger, welche die Information darstellen, Minoritätsträger in dem Halbleiter sind. Dies bedeutet, daß der Halbleiter günstige Eigenschaften für die Erzeugung von Minoritätsträgern aufweist und daß die Eingangs- und Anzeigestufen sich insbesondere auf den Typ beziehen, welcher zur Übertragung von Minoritätsträgern in der Lage ist. Dies bedeutet auch, daß das betriebsmäßige Verhalten der Baueinheit von dem Vorliegen von Entleerungsbereichen innerhalb des Halbleiters abhängt.
Die wesentlichen Punktionen dieser Baueinheiten können jedoch auch in einem Speichermedium durchgeführt werden, indem die aktiven Bereiche oder Speicherstellen an sich von !Trägern entleert sind. Ein solches Speichermedium kann aus einigen an sich bekannten isolierenden oder halbleitenden Halbleitern be-
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stehen» Diese Stoffe sind seit gewisser Zeit von Interesse, oftmals in Verbindung mit piezoelektrischen und photoelektrischen Effekten. Beispiele einiger halbleitender Stoffe, die erfindungsgemäß brauchbar sind, stellen die II - TI -Verbindungen dar, insbesondere ZnO, OdS, ZnS, ZnSe und CdSe. Diese Stoffe sind Ionenhalbleiter mit großen Bandabständen und allgemein geringer Ladüngsträgerdichte» Andere Stoffe mit diesen Eigenschaften sind KTaO, und BaTiO,» Diese Stoffe treten normalerweise als η-Halbleiter auf, obgleich diese Eigenschaft für die erfindungs gemäß en Zwecke nicht wichtig ist ο Bei dem η-leitenden Material wären die injizierten, übertragenen und angezeigten Ladungen mit Vorteil Elektronen. Wenn dies sachdienlich erscheint, wird in der Beschreibung diese Konfiguration verwendet, obgleich die Erfindung insoweit nicht beschränkt ist ο
Es liegen gewisse Vorteile bei der Verwendung dieser Stoffe vor«, Das erforderliche elektrische PeId zur Speicherung und Übertragung der die-Information darstellenden Ladung kann verhältnismäßig gering sein«, Die Toleranzen des Abstandes zwischen den Speichersteilen sind in einigen Fällen weniger streng als bei Einrichtungen mit Kopplung an die "Minoritatsträger"-Ladung«,
Da einige dieser Stoffe große Bandabstände aufweisen, ist die thermische Erzeugung von Trägern oder "Störungen" charakteristisch niedrig. Dies ermöglicht eine längere Trägerlebensdauer und entsprechend längere Speicherzeiten. Bei einem be vorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung weist das Material einen Bandabstand von mehr als 1,5V, jedoch weniger als 8 V auf.
Dieser Gesichtspunkt der Erfindung ermöglicht auch eine beträchtliche Freiheit bei der Auswahl von Stoffen hinsichtlich deren Oberflächen- oder Zwischenflächeneigenschaft. Gemäß dem
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Stand der Technik ist die Oberflächenzustandsdichte charakteristisch für die Stoffe, welche die Zwischenfläche bilden. Eine Reduzierung der Anzahl von Oberflächenzuständen (Rekombinationsstellen), welche durch die Verwendung neuer Kombinationen von Stoffen ermöglicht wurde, ergibt eine längere Träger-^ lebensdauer und eine wirksamere Übertragung» Ein weiterer Vorteil, welcher aufbaumäßige Zusammenhange hinsichtlich gewisser Ausführungsbeispiele von Baueinheiten aufweist, liegt darin, daß die eine Information darstellenden Träger direkt in die Baueinheit durch einen ohmschen Kontakt injizierbar sind» Die Anzeigestufe kann auch einen ohmschen Kontakt umfassen.
Die Erfindung schafft also Baueinheiten auf der Grundlage der Erkenntnis, daß Ladungsträger innerhalb eines Halbleiters, Isolators oder Halbisolators verwendet werden können, um Informationen darzustellen» Speichersteilen werden durch Entleerungsbereiche geschaffen, die über die Halbleiterfläche verteilt ausgebildet sind» Das bevorzugte Gebilde besteht in einer Anordnung von Metallelektroden auf einer Isolierschicht, wobei Jede Elektrode eine Metall/Isolator/Halbleiter(MIS)-Baueinheit umfaßt» Eine Menge von· Ladungsträgern, welche ein Informationsbit darstellen, wird innerhalb des Halbleiters beispielsweise durch eine Lawineninjizierung erzeugt» Diese Menge kann über den Halbleiter durch aufeinanderfolgende Vorspannung einer Reihe von Elektroden übertragen werden. Der Entleerungsbereich "bewegt" sich in wirksamer Weise durch den Halbleiter, wobei die Minoritätsträger mitgeführt werden. Die Menge kann durch eine einfache kapazitive Ankopplung angezeigt werden, beispielsweise einen Feldeffekttransistor. Oberflächlich gleicht das Schema dem Verfahren der Informationsspeicherung mittels eines magnetischen "Blasen-Bereiches-
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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Figo 1A - 1D einen Ladungsübertragungsmechanismus
gemäß einem Grundmerkmal der Erfindung in schematischer Darstellung,
Pig» 2 ein Ausführungsbeispiel eines Schieberegisters mit einem erfindungsgemäßen Informationsspeicher in Schnittansicht von vorn sowie teilweise in schematischer Darstellung,
Figo 3 ein Impulsdiagramm für das Schieberegister nach Figo 2,
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für ein bevorzugtes Verfahren der Ladungsübertragung in Ansicht von vorn sowie teilweise in schematischer Darstellung,
Fig. 5A, 5B, 5C Anordnungen zur Anzeige des Vorliegens
oder Nichtvorliegens von Ladung in einer Endübertragungsstufe in überwiegend schematischer Darstellung,
Fig. 6A, 6B Ausführungsbeispiele für bevorzugte
Verfahren zur Steigerung der Ladungsübertragung, jeweils in schematischer Darstellung,
Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines Vierkanal-Schieberegisters in Ausgestaltung der Baueinheit nach Fig. 2 in Draufsicht,
Fig. 8 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Anordnung von Leitungen zur Vermeidung von Überkreuzungen in einer Dreileiter-
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Speichersteuerschaltung in Draufsicht,
Fig. 9 einen Teil einer erfindungsgemäßen La-
dungsübertragungsbaueinheit zur Darstellung einer bevorzugten elektrischen Kontaktanordnung in geschnittener und perspektivischer Darstellung»
Fig. 10 ein Ausführüngsbeispiel einer Ladungsübertragung sbaueinheit zur Veranschaulichung einer wahlweisen elektrischen Kontaktanordnung im Schnitt sowie in Ansicht von vorn,
Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel einer Bildanzeigeeinrichtung mit erfindungsgeiaäßen Merkmalen in Schnittansicht von vorn sowie in weitgehend schematischer Darstellung,
Fig» 12 ' ein Ausführungsbeispiel eines wahlweisen Bauelementes zur Übertragung von Ladung, welches keine Drahtverbindungen zu Jeder Übertragungsstufe erfordert, in Schnittansicht von vorn,
Fig. 13 ein Gebilde ähnlich Fig» 12 in Schnittansicht von vorn,
Figo 14 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
unter Verwendung eines Isolators oder Halbisolators in Ansicht von vorn,
einen gegenüber Fig. 14 abgewandelten Abschnitt«
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11 - 1D stellen den Ladungsübertragungsvorgang gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar= Der "Üb ertragung smechanismus aller vorliegend betrachteten Ausführungsbeispiele ist grundsätzlich ähnlich» Gemäß Pig. 1A ist eine Halbleiterunterlage 10 mit einem dünnen Isolierfilm 11 abgedeckt; zwei Metallelektroden 13, 14 bilden einen Teil einer Reihe» Gemäß Pig» 1A ist die Elektrode 12 vorgespannt, während dies für die Elektrode 13 nicht zutrifft= Ein Entleerungsbereich oder eine Potentialmulde 14- bildet sich unter der Elektrode 12 aus= Gemäß Pig= 1B sind Minoritätsladungen 15 veranschaulicht, welche beispielsweise durch eine Lochelektronenpaarerzeugung aus
) einer Photonenabsorption erzeugt sind, zu dem Entleerungsbereich 14 wandern und dort gespeichert werden» Wenn die Elektrode 13 gleichzeitig mit der Elektrode 12 vorgespannt wird, erstreckt sich der Entleerungsbereich stetig unter beiden Elektroden, wie in Pig» 1C veranschaulicht ist= Die Ladung verteilt sich wiederum quer zu der verbreiterten Schicht= Wenn die Vorspannung an der Elektrode 12 gemäß Pig= 1D entfernt wird, so bricht der Teil des Entleerungsbereiches unter der Elektrode 12 zusammen, wobei die gesamte Ladung zu der Potentialmulde 14· verschoben wird, die nunmehr der Elektrode 13 zugeordnet ist= In gleicher Weise kann die in Pig= 1D dargestellte Ladungsmenge stufenweise zu einer anderen Stelle in dem Halbleiter verschoben werden= 'Die Unterlage 10 nach Pig.
" 1A - 1B kann p-leitend sein, wobei das Vorzeichen der Ladungen umgekehrt wird.
Die Ausnützung dieses Übertragungsmechanismus ergibt sich gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit dem Schieberegister nach Pig= 2= Diese Baueinheit ist zur Darstellung gewählt, weil sie ein fundamentales Gebilde darstellt, von dem viele Pormen logischer Baueinheiten und Gedächtnisbaueinheiten abgeleitet werden können= Das Gebilde ist ähnlich . . demjenigen nach Pig= 1A - 1Do Eine Halbleiterunterlage 20 ist mit einer dielektrischen Schicht 21 überdeckt, auf welcher eine
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Folge von Elektroden 22 - 24- in Tripein ausgebildet ist, die mit dem Zusatzbuchstaben a_, b_, .. ο η versehen sind (da sie einen Teil einer mit 24n endigenden Seine bilden). Leitungen 22', 231, 24· schließen sich an jede dritte Elektrode an. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Eingangs- oder Erzeugerstufe 25 eine MS-Baueinheit, die auf den Lawinendurchbruchzimtand eingestellt ist. Die in der Stufe 25 erzeugte Ladung wandert in der gezeigten Weise zu einer. Potentialmulde 27a» Die vorliegende Figur stellt die Übertragung eines aufeinanderfolgenden Impulszuges dar.
Das Schieberegister kann rückzirkulationsmäßig betrieben werden, entweder zur Steigerung der Speicherdauer oder zur Regenerierung des Signals zwecks Überwindung von Störunge- oder Ladungsverlusten, indem einfach das Ausgangssignal zu der Eingangsstufe über eine entsprechende Regenerierschaltung 33 zurückgeführt wird.
Ein wichtiger Anwendungsfall umfaßt den Betrieb der Baueinheit nach Fig. 2. Diese Anwendung besteht in der Informations- oder Signalverzögerung. Viele Formen von Verzögerungsleitungen können von Gebilden ähnlich Fig„ 2 Gebrauch machen. Durch aufeinanderfolgende Vorspannungsleitungen 23', 24-', 22' wird die Ladung in eine Tasche 27b verschoben. In gleicher Weise wird die Ladung in eine Tasche 27n und alsdann in einen Entleerungsbereich 28 übertragen, welcher einer p-n-Grenzflache 29 der Ausgangsstufe zugeordnet ist. Eine Impulsausgangsgröße wird alsdann an einem Verbraucher 30 in der gezeigten Weise angezeigt. Eine Vorspannungsquelle 31 liegt an einer Elektrode 32, um die Grenzfläche vorzuspannen.
Die vorliegend veranschaulichte Ausgangsstufe verwendet eine p-n-Grenzflache zum Herausziehen von Ladungen, die von der Endstufe 24n gesammelt werden. Ein direkter analoger Detektor, welcher in gleicher Weise wirksam ist, besteht aus einer
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Schottky-Schrankenbaueinheit= Eine geeignete Schottky-^Baueinheit ergibt sich aus "The Bell System Technical Journal", Band XLIV, Nr. 7j September 1965, Seiten 1525 - 28c Für Definitionszwecke können die vorangehend erwähnten Ladungsanzeigeeinrichtungen durch den Ausdruck "Schrankenschicht" bezeichnet werden»
Ein beispielsweises Impulsprogramm für das Schieberegister nach Fig- 2 ergibt sich aus Fig« 3- Dieses Schaubild zeigt die Übertragung der Binärkodierung 1101 ο Obgleich sich dies aus der vorliegenden Darstellung nicht ergibt, läßt es sich aus Figo 2 entnehmen, daß jedes Element 22a bis 22n gleichzeitig über die Leitung 22' impulsbeaufschlagt wird, was in gleicher Weise auch für die Leitungen 23', 24' zutrifft= Die Impulse an jedem Element sind zeitlich so abgestimmt, daß die Zeitperiode ^1-t zwischen der Einleitung der aufeinanderfolgenden Impulse geringer als die dreifache Impulsbreite t ist» Dies stellt sicher, daß der Impuls in jeder aufeinanderfolgenden Stufe sowohl die vorangehende als auch die folgende Stufe überlappt= Andernfalls könnte eine Potentialmulde zusammenbrechen, bevor die nächste für deren Ladung zugänglich ist= In Figo 3 stellt die obere Linie die Ausgangsvorspannung, die nächste Linie die Ausgangsgröße sowie die unterste Linie Eingangsimpulse dar»
Gemäß Fig. 10 ist die Ladungsübertragungszeit für denjenigen Ladungsteil, welcher unter der Elektrode 12 liegt, gleich der Fallzeit des Impulses in Fig= 3° Experimentelle Erkenntnis zeigt, daß die Übertragungszeit unter den angegebenen Bedingungen sehr schnell ist. Wenn jedoch das Impulsprogramm nach Figo 3 vergleichsweise schnell ist, so kann es günstig sein, eine Impulsform zu verwenden, welche eine längere Fallzeit ergibt» Eine zweckmäßige Impulsform zu Erfüllung dieser Wirkung ist eine Sinuswelleο
Eine bevorzugte Abwandlung des Ladungsübertragungsmechanismus nach der Erfindung verwendet eine stetige gleichförmige Vor-
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spannung auf allen Leitungen, um zumindest einen flachen Entleerungsbereich über der gesamten Fläche der Baueinheit aufrechtzuerhalten. Diese Vorspannung sollte zumindest gleich der Grenzspannung zur Erzeugung einer Umwandlung unter Gleichgewichtsbedingungen sein.» Auf diese Weise können die störungsträchtigen Oberflächehzustände, welche unvermeidlich bei HaIbleiter/Isolator-Zwischenflächen vorliegen (und in ungünstiger Weise die Oberflächen-Rekombination verursachen), verhältnismäßig frei von Majoritätsträgern gehalten werden. Durch Isolierung des Blockes der Majoritätsträger gegenüber der Zwi-." schenflache über eine Raum!adungsschicht können die Träger in den Oberflächenzuständen, wenn sie einmal mit Minoritätsträgern rekombiniert sind, alsdann nicht wieder aufgefüllt werden. Dieses Verfahren, welches einfach eine Vorspannung an jedem Metallkontakt erfordert, stellt eine lange Lebensdauer für die Minoritätsträger sicher, die das Signal darstellen» In ei|ier Baueinheit mit vielen Stufen kann dieses Mittel wesentlich sein.
Die soeben beschriebene Abwandlung ergibt sich aus Fig. 4. Die Baueinheit entspricht einöm Mittelabschnitt des Schieberegisters nach Fig. 3° Die Halbleiter-Basisschicht 40, welche wiederum η-leitend ist, die Isolierschicht 41 sowie die Metallkontakte 42a, 43a, 44a, 42b, 43b, 44b nebst den zugeordneten Leitungen 42', 43', 44' entsprechen ähnlichen Elementen nach Fig= 3° Die wesentliche Unterscheidung ist das Vorliegen einer stetigen Vorspannung V an allen Leitungen zur Bildung eines gleichförmigen Entleerungsbereiches 45 über der gesamten Baueinheit. Potentialmulden 46 sind unter Kontakten 42a, 42b als Ergebnis der Impulsspannung V gebildet, welche der Vorspannung V überlagert ist.
Das Schieberegister von Fig. 2 weist eine Lawineneinrichtung zur Erzeugung von Ladung an der Eingabestelle 25 auf. Es gibt einige wahlweise Verfahren zur Erzeugung von Minoritätsladungs-
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trägern«, Venn "beispielsweise die Eingangsstufe eine p-n-Grenzf lache umfaßt, können Minoritätsladungsträger in den Blockbereich des Halbleiters durch Vorwärtsvorspannungsimpulse injiziert werden, welche dem gewünschten Eingangssignal entsprechen. Wahlweise können Träger durch eine MIS-Oberflachenlawine injiziert werden, wie dies "beschrieben ist in "Journal of Applied Physics", Band 9, Ir. 12, Seite 444= Ein Hybridgebilde mit einem Metalloxid-Oberflächenkontakt an einer p-n-Grenzflache ist für den gleichen Zweck wirksam«. Eine andere wahlweise Ausbildungsform besteht in der Erzeugung von Lochelektrodenpaaren durch Photonenabsorption oder Absorption anderer ionisierender Strahlung» Die Minoritätsladungsträger zerstreuen sich auf einen nahen Entleerungsbereich, welcher in dem Fall des Schieberegisters nach Figo 2 die erste Stufe 27a ist«, Fig. 2 zeigt ein Element 33» welches diesen Zweck erfüllt. Das Element 33 ist im vorliegenden Fall eine Lichtquelle, und zwar eine elektrolumineszente Diode» Dieser Mechanismus für die Erzeugung von Minoritatsträgern ist sehr zweckmäßig in Bildverarb ei tungs-Baueinheit en auf der Grundlage der Erfindung. Dies ist nachfolgend näher erläutert»
Die Ausgangsstufe kann in verschiedener Form ausgebildet sein. Fig» 5>A bis 50 zeigen einige wahlweise Ausführungsformen, und zwar den Endabschnitt der Baueinheit nach Fig. 2 einschließlich der letzten Übertragungsstufe 24n» Jede dieser Baueinheiten stellt Ladungsanzeige-Baueinheiten dar, die in an sich bekannter Weise aufgebaut sind» In Fig. ^A ist der Detektor eine MIS-Baueinheit und demgemäß vom Verarbeitungsstandpunkt besonders zweckmäßig, wenn eine MIS-Anordnung die Übertragungsstufen umfaßt. Wenn der Halbleiter entleert ist, so zeigt die Kapazität in Zuordnung zu der Anzeigeelektrode 50 das Vorliegen oder Uichtvorliegen einer von außen eingeführten Ladung in dem entleerten Bereich 51 an= Die Kapazität über dem MIS-Detektor wird durch eine Standard-Kapazitätsbrücke in der veranschaulichten Weise gemessen, wobei der Meßwert an einem Detektor 52
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angezeigt wird= Die Vorspannungsquelle 53 liegt an einem Schal ter 54-, Tim intermittierend diesen Teil des Halbleiters unter die Elektrode 50 vorzuspannen} einmal zum Aufbau des Entleerung sb er eiche s zur Anziehung der anzuzeigenden Ladung und ferner zum Zusammenbrechenlassen des entleerten Bereiches zwecks Rekombination der Ladung, die sich angesammelt' haben kann =
In der Anzeigestufe nach Figo 5B liegt eine Stromquelle 55 zwei benachbarten Feldplatten 56, 57, von denen die letztere wiederum MIS-Baueinhelten mit dem Halbleiter 20 sowie der Isolierschicht 21 bildete Eine Vorspannungsquelle 58 hält einen Entleerungsbereich 59 unter beiden Elektroden 56, 57 aufrecht» Wenn Ladung in der Endübertragungsstufe 24-n vorliegt, so wird diese auf die Potentialmulde bei der Platte 56 in deren negativer Halbwelle übertragen, wonach eine Übertragung gegen die Potentialmulde der Elektrode 57 bei deren negativer Halbwelle erfolgt» Diese Ladungsübertragung in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung unter den Elektroden 56» 57 ändert die Wechselspannungsimpedanz zu der Schaltung gegenüber ihrem Wert ohne Änderung in der Entleerungsschichto Das Vorliegen oder Nichtvorliegen von Ladung ist somit über die Impedanz 60 durch das Potentiometer 41 anzeigbar« Der Schalter 62 wirkt im Sinne einer Auslöschung der Ladung in der Art des Schalters 54- von Fig» 5A= Die Geschwindigkeit der Auslöschfunktion kann gesteigert werden, indem ein Schalternetzwerk vorgesehen wird, um die Gleichvorspannung umzukehren, anstatt lediglich die Vorspannung zu entfernen=
Die Anzeigestufe von Fig= 50 beruht auf einer direkten Spannungsmessung zur Anzeige einer Zwischenflächenladung Qj, die zwischen dem Halbleiter 20 sowie dem Isolator 21 angesammelt ist= Die Elektrode 63 ist über eine Stromquelle 64 negativ vorgespannt, die in Reihe mit einer Blockkapazität liegt= Diese ist in der Figur als Kondensator 65 veranschaulicht, kann jedoch wahlweise auch eine Diode sein= Eine Änderung der Ladungs-
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menge Qj ergibt eine Änderung in der äquivalenten Kapazität der MIS-Baueinheitο Dies beeinflußt die kapazitive Unterteilung zwischen diesem Element sowie dem Kondensator 65» was eine .Änderung in dem Wert V0 ergibt« Die Spannung V* kann auf verschiedene Weise gemessen werden, beispielsweise an der Taststufe eines Feldeffekttransistors» Fig» 5C zeigt eine Feldeffekt-Baueinheit, die mit der Halbieiterbasis 20 der Speicherbaueinheit integriert ist. Ein P-leitender Bereich 2OA stellt eine Isolation gemäß bekannten Herstellungsverfahren für integrierte Schaltkreise dar. Die gemessene Spannung Vj, ist mit der Tastelektrode 66 verbunden» Die Isolierschicht für die Taststufe.ergibt sich als Ansatz der Isolierschicht 21= Quellen- und Ablaufbereiche 67 bzw« 68 werden durch Fenster zerstreut, die in dieser Schicht ausgebildet sind« Quellen- und Ablauf elektroden 69, 70 liegen über einen Verbraucher 71 an einer Vorspannungsquelle 72° Ein Detektor 73 zeigt den leitenden Zustand des Feldeffekttransistors (nachfolgend FET) an, was das Vorliegen oder Nichtvorliegen von Ladung Qj in nachfolgender Weise anzeigt»
Ein durch die Energiequelle 64 gelieferter positiver Impuls rekombiniert jegliche Restladung Qj und tastet die Baueinheit im Sinne einer Anzeige» Ein negativer Impuls bringt positive Ladung auf die Platte 63 und entleert den Bereich unter dieser Elektrode für Sammellöcher, die von der Endstufe 24-n geliefert (oder nicht geliefert) werden. Die Taststufe 66 wird auf das gleiche Potential vorgespannt, wobei der FET gemäß der Bezugsziffer 73 in einem "Einschalt"-Zustand belassen wird= Wenn die Ladung Qj in den Bereich unterhalb der Platte 63 eintritt, so wird das negative Potential an der Platte reduziert» Die entsprechende Potentialverminderung an der Tastelektrode·66 bringt den FET in einen "Abschalt"-Zustand» Wenn keine Ladung Qj vorliegt, so bleibt der FET im "Einschalf-Zustand.
Die Baueinheit nach Pig» ^G ist teilweise integriert darge-
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stellt= Die FET-Baueinheit kann gesondert verwendet werden oder weiter integriert sein, so daß beispielsweise die Elemente 65, 71 sowie die elektrischen Verbindungen integriert sein können·
Der in Verbindung mit Fig« 1 beschriebene LadungsübertragungsmeChanismus beruht auf thermischer Diffusion zum Transport von Trägern von der Potentialmulde 14- zu der Potentialmulde 14'. Obgleich dieser Transportmechanismus angemessen ist, kann die Ansprechzeit von Einrichtungen unter Verwendung dieses Mechanismus beachtlich reduziert werden, indem ein elektrisches Feld verwendet wird, um die Ladung zu der neuen Stelle zu treiben» In vielen Fällen verbessert die Verwendung des Treiberfeldes auch den Wirkungsgrad des Sammlungsvorgangesο Eine Maßnahme, um dies zu erreichen, besteht in einer solchen Formgebung der Potentialmulde, daß ein Feldgradient zwischen benachbarten Mulden vorliegt» Dieses Schema, welches für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung als "Feldsteigerung" bezeichnet ist, ergibt sich aus den beiden Ausführungsbeispielen gemäß Fig» 6A und 6Bo
Fig» 6A zeigt zwei Leitung'en 72, 73 auf einer Isolierschicht 74, welche wiederum eine Halbleiterunterlage 75 überdeckt» Bei Vorspannung der Leitungen 72, 73 scheinen deren entsprechende Entleerungsbereiche Formen aufzuweisen, wie dies durch gestrichelte Linien 76, 77 veranschaulicht ist» Diese Linien, welche die Grenzen des Entleerungsbereiches des Halbleiters darstellen, sind auch eine Funktion des Feldpotentials an der Halbleiter/Isolator-Zwischenfläche ο Daher ist es vorliegend zweckmäßig, diese Grenzlinien als Feldprofile über die Fläche des Halbleiters zu betrachten, wo die Ladung gespeichert ist. Als Folge der Herstellung der Abmessungen der Elektrode vergleichbar mit der Dicke des Isolators oder geringer als dieser, erreicht das Feld den Zustand, wo es von einem Punkt und nicht von einer Platte auszugehen scheint (wie in Fig. 1), wobei ein stetiger Feldgradient längs der Fläche erzeugt wird. Dieser
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!Feldgradient wird in geeigneter Weise als Potentialmulde beschrieben und strebt nach einer Begrenzung der Ladung an ihrem Mittelpunkt» Wenn diese Mulden überlappend gemacht werden (ein Zustand, der sich implizit aus der vorangehenden Erläuterung ergibt, beispielsweise in Poim des Impulsprogramms nach Fig. 3), so wird das zusammengesetzte Feldprofil durch die gestrichelte Linie 78 von Pig= 6A wiedergegeben. Es ist nunmehr unmittelbar klar, daß die Ladungen einen Transport von dem Bereich direkt unter der Elektrode 72 gegen die Elektrode 73 herbeiführen., Nachdem das durch die Linie 76 dargestellte Entleerungsfeld zusammenbricht, werden die Ladungen zu dem Ober- ^ flachenbereich von höchstem Potential in der durch die Linie 77 dargestellten Mulde oder unmittelbar unter die Elektrode weitergeschoben.
Eine Steigerung des Feldes kann wirksamer gemacht werden, indem ein geformter Impuls verwendet wird, wie er in Pig» 6B angegeben ist. Wenn beispielsweise ein Sägezahnimpuls den Elektroden 72, 73 zugeführt wird, so wird zu einem Zeitpunkt t^ während der Periode der Impulsüberlappung (der Ladungsübertragungsperiode) die Elektrode 72 auf eine niedrigere Spannung als die Elektrode 73 vorgespannt. Dies ergibt sich schematisch durch die Pfeile neben den entsprechenden Impulsformen» Die getrennten Feldprofile zum Zeitpunkt t* sind durch gestrichel- W te Linien 79, 80 wiedergegeben, wobei das zusammengesetzte Profil als gestrichelte Linie 89 erscheint. Der Peldgradient in der Richtung der gewünschten Ladungsübertragung verläuft augenblicklich über den gesamten Weg zu dem Bereich unterhalb der Elektrode 73° Die soeben beschriebenen Schemata stellen jedoch zwei oder viele Möglichkeiten zur Erzeugung eines Feldgradienten oder Treiberfeldes für die Ladung (oder nicht vorliegende Ladung) dar, welche an der anfänglichen Speicherstelle angesammelt wurde. Alle diese Anordnungen, welche eine Feldsteigerung der Ladungsübertragung erzeugen, liegen innerhalb des Erfindungsgedankensο
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Das eindimensionale Schieberegister gemäß"Fig« 2 kann mit Vorteil in einem Vielkanalregister gemäß I1Xg= 7 enthalten sein. Die lineare Anordnung nach Fig» 2 erfordert offensichtlich zumindest η Überkreuzungen (die Zeichnung zeigt Jn-3 Überkreuzungen, jedoch reduziert eine glatte Abwandlung diese Anzahl auf η)= Die Überkreuzungen werden wirtschaftlicher in der Anordnung nach Figo 7 verwendet, wobei die gleiche Anzahl von Überkreuzungen eine große Anzahl von Kanälen bilden kann. Fig. 7 zeigt vier Kanäle, Jedoch kann diese Zahl ohne Zufügung zusätzlicher Überkreuzungsverbindungen vergrößert werden. Die Leitungsanordnung der Leitungen. 81% 82', 83' entspricht derjenigen nach Fig. 2, wobei die Leitung 81f mit Kontakten 81a 81n in einer Platte 86 und gleicherweise mit Leitungen 82', 83 · sowie Elektroden 82a - 82n und 83a - 83n verbunden ist = Eingabestufen 84 sowie Ausgabestufen 85 wurden vorangehend bereits erläutert»
Ein anderes Ausführungsbeispiel, welches vom Punkt einer Verminderung von Überkreuzungen vorteilhaft ist, ergibt sich aus der Elektrodenanordnung nach Fig= 8» Dort ist ein Teil einer Baueinheit veranschaulicht, welche beispielsweise eine Draufsicht/ähnlich derjenigen nach Fig= 4 sein kann, wobei die Leitungen so angeordnet sind, daß die Notwendigkeit von Überkreuzung sverbindungen vermieden wird= Unter Verwendung der Bezugsziffern mit einer vorangehenden "1" zur Anzeige von Elementen entsprechend denjenigen nach Fig» 4 sind die drei Leitungen 142', 14-3', 144-' unmittelbar auf einem erhabenen Teil der Isolierschicht 140 abgesetzt und verbinden Elektroden 142a, 142b, 143a, 143b, 144a bzw. 144b „ Der von der Ladung verfolgte Weg ist, wenn die Ladung schrittweise durch diesen Abschnitt verläuft, durch die gestrichelte Linie 145 veranschaulicht. Die Ladung wird unter Leitungsdrähten übertragen und bildet somit eine zweckmäßige "ühterkreuzungs"-Anordnung.
Andere Anordnungen, die grundsätzlich ähnlich derjenigen nach
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8 sind, ergeben sich auf der Grundlage der erfindungsgemäßen Lehre durch fachmännische Überlegungen. Es handelt sich allgemein um Elektrodenanordnungen mit mehreren Elektroden, wobei jede dritte Elektrode mit einer von drei Leitungen verbunden und neben zwei-Elektroden angeordnet ist, von denen jede mit einer besonderen Leitung der verbleibenden beiden verbunden ist, wobei alle Leitungen und Elektroden auf einer einzigen Unterlagefläche abgesetzt sind= Die Anordnung der Leitungen der Oberfläche der Baueinheit kann ein wichtiger Gesichtspunkt seine Bei einer großen Anordnung ist es unpraktisch, jede Leitung mit ihrer zugeordneten Elektrode zu verbinden» Folglich
P würde die Ladungsübertragungsschaltung gewöhnlich unmittelbar auf den Isolator unter Überdeckung der Unterlage gedruckt werden. Jedoch beruht die Wirksamkeit der Erfindung oftmals auf einer sorgfältigen Kontrolle des Feldprofils an der Halbleiter/Isolator- Zwischenfläche= Wenn die Leitungen sich in direkter Berührung mit dem Isolator befinden, so stört das Feld jeder Leitung das gewünschte Feldprofil= Um dies zu beseitigen, kann ein Oxid von doppelter Dicke über dem Halbleiter ausgebildet werden. Eine solche Anordnung ergibt sich perspektivisch aus Fig. 9» Die Halbleiterunterläge 110 wird zuerst mit einer dünnen Isolierschicht 111 beschichtet= Als nächstes wird eine dicke Schicht eines anderen Isoliermaterials auf der Schicht
^ 111 ausgebildet und zwecks Bildung eines Gitters 112 mit öffnungen für metallische Feldplatten 113 geätzt= Die Feldplatten können über Zwischenverbindungen 114- unter Verwendung eines einzigen photolithographiscaen Verfahrensschrittes niedergeschlagen werden. In der Zeichnung ist eine gewisse Überlappung veranschaulicht, um eine vollständige Überdeckung der Stelle zu sichern. Die Leitungswege 114- der Elektroden 113 sind von der Unterlage durch den dicken Isolator 112 isoliert. Die doppelte Dicke aufweisende Isolierschicht wird zweckmäßig hergestellt, indem zwei verschiedene isolierende Stoffe ausgewählt werden, beispielsweise S1O2 und S12N,, welche verschiedene Ätzkennwerte aufweisen. Wenn somit die zweite Schicht geätzt
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wird, um Fenster für die Elektrode zu bilden, so kann eine Itzung gewählt werden, welche nicht die erste Isolierschicht angreift» Ein wahlweises, an sich bekanntes Verfahren zur Bildung einer Schicht doppelter Dicke besteht im Niederschlag einer stetigen ersten Schicht, Ätzung der Fenster und Niederschlag einer anderen gleichförmigen Schichte
Ein besonders zweckmäßiges Herstellungsverfahren ergibt sich aus Figo 10, welche einen Teil einer eben verarbeiteten Baueinheit in Schnittansicht von vorn zeigt» Die Halbleiterunterlage 120 ist wiederum mit"einer geeigneten dünnen Isolierschicht 121 überdeckt» Eine stetige Metallschicht ist auf der Schicht 121 niedergeschlagen und wird geätzt, um gesonderte Metallelektroden 122, 123, 124 zu bilden» Eine stetige Isolierschicht 125 wird alsdann über den Elektroden 122 - 124 abgesetzt» Fenster 127 werden in die Schicht 125 auf das darunterliegende Metall geätzt» Ein Band- oder Strahlführungsleiter 128 wird alsdann abgesetzt, wobei die Elektroden 122 - 124 berührt werden» Der Vorgang hat einen besonderen Vorteil insofern, als er keinerlei kritische Ausrichtungsschnitte für den Ätzgrund erfordert»
Die Fähigkeit zur Erzeugung von Minoritätsladungsträgern in dem Halbleiter durch Photonenabsorption gemäß der vorangehenden Beschreibung sowie der USA-Patentschrift 3 403 284· führt zu einer anderen Gruppe von Baueinheiten, welche von dem Informations spei cherungs- und Ladungsübertragungsmechanismus nach der Erfindung Gebrauch machen» Eine Ausbildungsform dieser Einrichtung ist eine Fernsehkamera, von der ein Ausführungsbeispiel schematisch in Fig» 11 dargestellt ist» Die wesentliche Eigen- , schaft dieser Gruppe von Baueinheiten ist das parallele Einlesen von Informationen= Licht in Form des aufzuzeichnenden optischen Bildes fällt auf die Seite des Halbleiters 130 entgegengesetzt zu den Speichersteuerelementen» Die letzteren wiederum umfassen Metali/Isolator/Halbleiter-Baueinheiten gemäß Fig. 2»
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Diese Elemente können wiederum gemäß irgendeinem geeigneten, vorliegend beschriebenen Ausführungsbeispiel aufgebaut sein und andere Arten von Entleerungsschicht-Baueinheiten umfassen, beispielsweise auf Iransistorgrundlage= Die gezeigte Anordnung enthält drei Bitstellen mit drei Elektroden 132a - 134-a, 132b 134-b, 132c - 134c, die mit Leitungen 132', 133', W in ähnlicher Weise -wie bei der Anordnung nach Hg. 2 verbunden sind= Mit Ausnahme des Merkmals des parallelen Einlesens entsprechen die Ladungsübertragung und der Ablesevorgang den vorangehenden Ausführungen ο Die lineare Anordnung gemäß Pig ο 11 kann eine Basterzeile in einem Fernsehsystem darstellen= Die Ladung wird an Stellen 132a - 132c während der optischen Integrationsperiode gespeichert» Eine Ablesung erfolgt serienweise durch Übertragung der Ladung zu dem Ausleseteil (J1Ig= 2) „ Durch aufeinanderfolgende Ablesung geder Basterzeile ergibt sich das Fernsehbild*
Der wesentliche Gegenstand des LadungsübertragungsSchemas liegt in der Schaffung einer wandernden Potentialmulde längs der Oberfläche des Halbleiters» Die Verwendung elektrischer Verbindungen für diesen Zweck wurde vorangehend beschrieben» Jedoch ergeben auch andere Mittel zur Erzeugung eines wandernden Potentials besondere Vorteile» Beispielsweise und wahlweise kann auch das eine akustische Welle begleitende PeId, das in einem piezoelektrischen Medium wandert, angewendet werden» Ein auf diesem Prinzip beruhendes Ausführungsbeispiel ergibt sich aus Pig« 12, welche einen Teil des Schieberegisters nach Pig» 2 mit einem Halbleiter .159, einem Isolator 160 sowie einer Beihe von Metallkontakten 161 entsprechend im wesentlichen ähnlichen Elementen nach Fig. 2 zeigtο Eine piezoelektrische Schicht 162 ist über den Metallkontakten niedergeschlagen» Diese Schicht kann aus einem geeigneten piezoelektrischen Material zusammengesetzt sein, beispielsweise Zinkoxid oder Kadmiumsulfid, und auf der Baueinheit verdampft oder aufgesprüht sein» Ein piezoelektrischer Wandler (nicht veranschaulicht) oder ein anderes
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geeignetes Element erzeugt eine Ultraschallwelle, welche sich durch die Schicht 162 parallel zu der oberfläche der Baueinheit fortpflanzt» Das elektrische Feld, welches die elastische Deformation in der piezoelektrischen Schicht begleitet, spannt aufeinanderfolgend die Elektroden 161 vor und schafft Potentialmulden 163» welche längs der Oberfläche des Halbleiters 159 wandern. Dies entspricht dem gleichen Ergebnis, welches Schrittweise gemäß Fig» 2 erreicht wird»
Durch Ausdehnung des Verfahrens mit wanderndem Feld gemäß Pig«, 12 können die gesonderten Elektroden eliminiert werden«. Pig» zeigt beispielsweise eine Baueinheit von sehr einfachem Aufbau. Der Halbleiter I70 ist unmittelbar mit einer piezoelektrischen Schicht 171 bedeckt» Bei dieser Baueinheit wird das Feld, welches sich in Zuordnung mit der elastischen Welle in dem Medium 17I fortpflanzte (eingeleitet durch einen geeigneten, nicht veranschaulichten Ultraschallgenerator), dazu verwendet, wandernde Potentialmulden 172 zu erzeugen. Eine Metallelektrode 173 kann verwendet werden, um eine gleichförmige Entleerungsschicht über der gesamten Ladungsübertragungsflache zu bilden und so den in Verbindung mit Figo 4- beschriebenen Zweck zu erreichen»
Ein besonderer Vorteil des Erfindungsgedankens liegt darin, daß die zur Herstellung der Baueinheiten beschriebenen Stoffe zur Verfügung stehen und gut bekannt sind» Beispielsweise können die Baueinheiten aus Silizium und Siliziumdioxid nach gut bekannten Verfahren hergestellt werden» Verbindungen solcher Isolatoren, beispielsweise SiC^-Silf, SiC^-AloO^ usw» sind unter gewissen Umständen als Isolierschicht besonders günstig. Bekannte Stoffe für die Elektrode sind Gold, Aluminium und dotiertes Silizium«. Ein zweckmäßiges Gebilde für die Baueinheit nach Fig. 2 könnte η-leitendes Silizium von 10 Ohm/cm als Basisschicht 20 und 1000 - 2000 S. Dicke aus thermisch gewachsenem S1O2 als Schicht 21 umfassen» Das Oxid mit den besten Ergeb-
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ni -jen in dieser Hinsicht ist ein trockenes Oxid von 1200 2. Dicke, das in Sauerstoff bei 11OO°C über eine Stunde gewachsen ist und in einer Stickstoffatmosphäre über eine Stunde bei 4O0°C angelassen wurde= Das llachbandpotential dieses Oxids beträgt typischerweise -5 V; die Oberflächenzustandsdichte
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liegt in der Größenordnung von 10 Zuständen/cm . Die Elektroden 22 - 24- können aus Gold in irgendeiner typischen Dicke bestehen, beispielsweise von 0,1 bis einigen Mikron. Ein entsprechender Ladungsgenerator ist ein p-leitender Bereich mit einer Borkonzentration von 10 ^ Atomen/cm , der zum Lawinendurchbruch getrieben wird, beispielsweise mit wenigen Volt«. Der Detektor .kann eine ähnliche p-n-Grenzfläche sein» Die Schaffung und Anzeige von Minoritätsträgern in Halbleitern " kann nach bekannten Verfahren erzielt werden=
Die Abmessungen der Übertragungsanordnung können sich in weitem Umfang ändern= Die Abstandsgebung zwischen den Elektroden hängt von dem Ausmaß des zulässigen Eaumladungsbere-iches ab» Wenn beispielsweise der Halbleiter aus einem Silizium von 10 Ohm/cm besteht und eine Spannung von 10 V angelegt wird, so erstreckt sich der Entleerungsbereich auf etwa 5>*-<. Dies würde einen Elektrodenabstand in der= Größenordnung von einigen Mikron für die notwendige Überlappung erfordern. Die Schaffung und Anzeige von Minoritätsladungsträgern in Silizium wird leicht unter Verwendung bekannter Verfahren erzielt» Jedoch sind die vorliegend beschriebenen Baueinheiten in keiner Weise auf Silizium und dessen zugeordnete Technologie beschränkt, obgleich beispielsweise hierauf Bezug genommen ist.
Eine beispielsweise Baueinheit unter Verwendung eines Isolators oder Halbisolators ergibt sich aus Fig. 14-. Die Baueinheit stellt ein Schieberegister im wesentlichen ähnlich demjenigen nach Pig. 2 dar.
Ein besonderes Merkmal dieser Baueinheit liegt in dem Material
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180, welches das Speichermedium darstellt. Dieses Material ist isolierend oder halbisolierend, was bedeutet, daß während des Betriebes das Material von freien Trägern entleert wird, welche sich mit einer Ladung vereinigen könnten, die zwischen den Speicherstellen übertragen wird=
Besondere Stoffe, welche zweckmäßig mit dieser Eigenschaft versehen und als vorteilhaft betrachtet werden können, sind ZnO, ZnS, GdS und KTaO,". Die Isolierschicht 181 besteht aus hochqualitativem dünnen dielektrischen Material mit Eigenschaften, die für die Zwischenschicht einer MIS-Baueinheit geeignet sind. SiOp und A^O, sind beispielsweise zu verwendende Stoffe. Die Metallfeldplatten 182a, 182b, 182n, 183a, 183b, 183n, 184a, 184b, 184n sind mit einem Dreidraht-Treibersystem einschließlich Leitungen 182, 183, 184 verbunden« Eine aufeinanderfolgende Vorspannung dieser Leitungen bewirkt eine aufeinanderfolgende Vorspannung der Feldplatten und Schaffung eines offensichtlich wandernden Feldes längs der Oberfläche des halbleitenden Körpers 18Oo Durch die Eingangsstufe 185 injizierte Träger werden durch dieses Feld zu der Ausgangsstufe 186 geführt, wo das Vorliegen od^r Eichtvorliegen von Ladung in.der vorangehend beschriebenen Weise angezeigt wird. Das Material 180 kann insbesondere als Funktion des Aufbaues der Baueinheit folgendermaßen definiert werden:
^ > nt <1)
Hierbei bedeuten £ die Dielektrizitätskonstante der Isolierschicht 181, E das elektrische Feld an dieser Schicht, e die
/IQ ~~
Elektronenladung (1,6 χ 10" ^), Jb die Dicke des Mediums 180 und η die Konzentration an freien Trägern in dem Medium 180-
Das Produkt t E definiert die Polarisierung P des Isolators 181. Die beobachtete Polarisierung für einen Isolator außergewöhn-
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Iieher Qualität beträgt 10 χ 10 ° Coulomb cm . Dalier liegt ein praktisches Maximum für den. ¥ert P/e in der Größenordnung von 6 χ 10 ^, so daß die G-I ei ellung (Ί) reduzierbar ist auf
nt < 6 χ ΛΌΛ3 (2)
Obgleich diese Ausdrücke zur Unterscheidung der erfindungsgemäßen Stoffe gegenüber den -vorangehend erwähnten, konventionellen Halbleitern dienen, ist es günstig, diese Stoffe gegenüber hoch isolierenden Stoffen abzugrenzen, bei welchen die Beweglichkeit so gering ist, daß eine loch- oder Elektronen-
% leitung nicht praktisch ist» Zu diesem Zweck sollte das Ma-
—4 2 / terial eine Beweglichkeit von zumindest 10 cm /VoltSekunden haben. Obgleich für die Erfindung brauchbare typische Stoffe Bandabstände in der Größenordnung von einigen Volt aufweisen, besteht hier kein theoretisches Maximum, da das Speichermedium selbst keine Träger liefern muß. Es ist jedoch notwendig, eine Schrankendifferenz, beispielsweise zumindest ein Volt, zwischen dem Speichermedium sowie dem benachbarten Isolator vorliegen zu haben« Wenn daher beispielsweise das Speichermedium ein Material von hohem Bandabstand ist, beispielsweise SiOp1 so sollte der Isolator einen größeren Bandabstand haben (beispielsweise BeO) ο
P Die Eingabe- und Ausgabestufen oder eine von diesen kann ohmsche Eontakte zur direkten Injizierung und/oder Sammlung von !Trägern umfassen= In einigen Pällen kann es jedoch vorteilhaft sein, eine gleichrichtende Schranke an irgendeiner Stelle vorzusehen, beispielsweise als ieil eines impulsformenden oder impulsanzeigenden Netzwerkes«. In solchen Pällen wäre es nicht abwegig, beispielsweise an den Stellen oder 186 einen Schottky-Schrankenkontakt zu verwenden.
j Ein bevorzugtes, für den Zweck der Erfindung geeignetes Gebilde umfaßt zusätzlich zu den Elementen gemäß Pig. 14 eine
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MIS-Schicht an der Vorderseite des halbisolierenden Körpers 180. Dieses zugefügte Gebilde ermöglicht die Einprägung eines Feldes an dem Körper 180 ohne Injizierung von Trägern. Dies dient zur Beschränkung der auf den aktiven Flächenbereich der Baueinheit übertragenen Ladung, um hierbei den Wirkungsgrad der Ladungsübertragung anzuheben. Dieses Mittel ist auch zweckmäßig, wenn die Schicht 180 sehr dünn ist, beispielsweise in dem Fall, wenn die Schicht ein niedergeschlagener dünner Film ist. Das soeben beschriebene Gebilde ist in Fig. 15 als Teil der Baueinheit von Fig. 14 veranschaulicht und umfaßt zusätzlich eine isolierende Schicht 187 sowie eine Metallschicht 188. Ein Vorspanmingselement 189 ist negativ gegenüber dem injizierenden Kontakt 185 in dem Fall eingestellt, wenn das Material 180 nleitend ist. Die Schicht 18? kann zweckmäßig in dem gleichen Vorgang hergestellt werden, wie er für die Herstellung der Schicht 181 verwendet wird.
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Claims (1)

  1. A_n_s_£__r_ü_c_h_e
    Informationsspeicher-Baueinheit mit einem Speichermedium zur Speicherung elektrischer Ladungsträger in Mengen, welche eine Information darstellen, an verschiedenen besonderen Speicherstellen bei oder nahe der Oberfläche des Speichermediums, gekennzeichnet durch Mittel zur Übertragung von innerhalb des Mediums gespeicherten Ladungsträgern zwischen jeder der betrachteten Speicherstellen sowie letztlich zu einer Anzeigestelle und Elemente zur Anzeige der gespeicherten Ladung an der Anzeigestelle»
    2. Baueinheit nach Anspruch 1, bei welcher das Speichermedium einen Körper aus Halbleitermaterial umfaßt, gekennzeichnet durch Mittel in Zuordnung zu einer Oberfläche des Körpers zur Bildung eines örtlich festgelegten Entleerungsbereiches an einer ersten Speicherstelle, Eingabeelemente zur Erzeugung von Minoritätsladungsträgern zwecks Darstellung einer Informationseingabe in den Entleerungsbereich und Informations-Ausgangselemente an der Anzeigestelle, wobei die Übertragungselemente im Sinne einer Übertragung der Träger im wesentlichen parallel zu der Oberfläche von der ersten Speicherstelle zu einer anderen von einer Gruppe von Speicherstellen und von dort zu der Anzeigestelle wirksam sind.
    3» Baueinheit nach Anspruch 1, bei welcher das Speichermedium einen Körper aus Halbleitermaterial von gegebenem Widerstandstyp umfaßt und eine dünne Isolierschicht zumindest einen Teil einer Fläche des Körpers überdeckt, dadurch gekennzeichnets daß da© Übertragungselement eine Beihe von Metall elektroden an einer Oberfläche an aufeinanderfolgenden Stellen umfaßt, welche einen Weg längs der darunter benachbarten Oberfläche des Körpers bilden«! Mittel zur Bildung von Minoritätsladungsträgern unterhalb einer ersten Elektrode und Elemente zur aufeinanderfolgenden Vorspannung der Reihe von Elektroden zwecks aufeinan-
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    derfolgender Entleerung des Bereiches des Körpers unterhalb der Elektroden, wobei die ¥orspannung ein solches Potential aufweist, daß die entleerten Bereiche unterhalb benachbarter Bereiche sich überlappen, wobei die Minoritätsladungsträger von Stelle zu Stelle durch den'Halbleiter längs des Weges zu einer zugeordneten Elektrode an der Anzeigestelle übertragen werden und wobei das Vorliegen oder Hxchtvorliegen der Minoritätsladung in dem Halbleiter unterhalb der zugeordneten Elektrode angezeigt wird»
    4. Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, 'daß das Halbleitermaterial Silizium ist»
    5» Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht SiOo umfaßt»
    6o Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Schaffung von Minoritätsladungsträgern eine p-n-Grenzflache umfaßt»
    7ο Baueinheit nach Anspmich. 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Bildung von Hinoritätsladungsträgern eine MIS-Lawinenbaueinheit umfaßt»
    8» Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Bildung von ffinoritätsladungsträgern eine lichtquelle umfaßt»
    9· Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Anzeige von Hinoritätsladungsträgern eine MIS-Baueinheit umfaßt.
    10. Baueinheit nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß die MIS-Baueinheit mit der !Eastelektrode eines Feldeffekttransistors verbunden ist, um die Kapazität der MIS-Baueinheit zu
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    messen.
    11. Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur aufeinanderfolgenden Vorspannung der Reihe von Elektroden drei getrennte Leitungen umfaßt, von denen jede mit einer verschiedenen Elektrode von jeder dritten Elektrode in der Reihe verbunden ist»
    12ο Baueinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in der Beihe vermöge entsprechender Formgebung und Anordnung mit drei getrennten Leitungen parallel zueinander verlaufen»
    13· Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Informationsausgabeelement mit dem Eingabe element gekoppelt ist, um die Information zurück zuzirkulieren ο
    14. Baueinheit nach Anspruch 13» gekennzeichnet durch Mittel zur Regenerierung der durch die Ausgabeelemente angezeigten Information=
    15= Baueinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorspannungseiement einen Impulsgenerator zur Anlegung eines Impulses an Jede Leitung in Aufeinanderfolge umfaßt, jedoch derart, daß die Impulse auf aufeinanderfolgenden Leitungen sich während eines Teils des Impulses überlappen.
    16= Baueinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse Rechteckwellenimpulse sind.
    17= Baueinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse Sinuswellenimpulse sind.
    18ο Baueinheit nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse Sägezahnimpulse sind.
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    19« Baueinheit nach Anspruch ^ gekennzeichnet durch Mittel aur Vorspannung aller Elektroden auf ein gleichförmiges Potential, so daß die Halbleiter/Isolator-Zwischenfläche während des Betriebes der Baueinheit entleert bleibt.
    2Oo Baueinheit nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeelement eine kapazitive Brückenschaltung zur Messung von .Änderungen in der Kapazität des Halbleiters unterhalb von dessen zugeordneter Elektrode umfaßt.
    21. Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektor element zwei benachbarte Elektroden mit Elementen zur Verbindung eines Wechselstromes mit den Elektroden und Elementen zur Messung der Energiezerstreuung des Wechselstromes umfaßto
    22. Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden einen Abstand von etwa 3 y- aufweisen.
    23» Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Elektroden in der Richtung des Weges der Dicke des Isolators vergleichbar ist oder darunter^ liegt.
    Vielkanal-Schieberegister mit einer Baueinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Gruppen von an der Oberfläche gebildeten Metall elektroden, von denen jede Gruppe einen Kanal des Schieberegisters darstellt und einen Weg längs der darunter benachbarten Fläche des Halbleiterkörpers bildet.
    25· Vielkanal-Schieberegister mit einer Baueinheit nach Anspruch 1 mit einem Körper aus Halbleitermaterial von gegebenem ¥iderstandstyp und einer dünnen Widerstandsschicht, welche zumindest einen Teil einer Fläche des Körpers überdeckt, gekennzeichnet durch eine Reihe von an der Oberfläche an den Stellen ausgebildeten Elektroden, mehrere Eingangselektroden in einer
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    Anordnung längs einer Seite der Reihe, mehrere Ausgangselektroden in einer Anordnung längs der entgegengesetzten Seite der Reihe und eine Serie von Elektrodengruppen, welche zwischen jeder Eingangselektrode sowie jeder Ausgangselektrode verlaufen, wobei jede Serie mit ihren zugeordneten Eingangs- und Ausgangselektroden einen Kanal des Schieberegisters umfassen, wobei die Abstandsgebung zwischen den Elektroden in jeder Serie geringer als die Abstandsgebung zwischen den Elektroden in benachbarten Serien ist, wobei jede Gruppe von Elektroden eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode sowie eine dritte Elektrode in Aufeinanderfolge sowie eine erste, zweite bzw. dritte Leitung in* Verbindung jeweils mit der ersten, zweiten und dritten Elektrode umfaßt und wobei Elemente zur Vorspannung der ersten, zweiten und dritten Leitung in Aufeinanderfolge mit elektrischen Impulsen vorgesehen sind, welche sich aufeinanderfolgend überlappen»
    26. Baueinheit nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Isolierschicht, welche alle Metallelektroden überdeckt, mit Ausnahme von durch die Schicht verlaufenden öffnungen, welche einen Teil jeder Elektrode freilegen, und durch in den öffnungen abgesetzte Metallkontakte.
    27« Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangselement Mittel zur Bildung eines Lichtbildes auf dem Halbleiterkörper umfaßt«.
    28. Baueinheit nach Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß Minoritätsträger gleichzeitig unterhalb jeder der Serien von Elektroden durch ein Lichtbild hergestellt sind, das auf den Halbleiterkörper projiziert wurde.
    29. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Übertragung der Minoritätsladungsträger ein elektrisches Feld umfaßt, welches sich in wirksamer Weise inner-
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    halb des Halbleiterkörpers bewegt=
    30, Baueinheit nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische PeId durch aufeinanderfolgende Vorspannung einer Serie von Elektroden erzeugt ist«.
    31 ο Baueinheit nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine piezoelektrische Schicht, die auf einer Oberfläche der Baueinheit ausgebildet ist,.in Verbindung mit Mitteln zur Schaffung einer akustischen Welle in der Schicht, so daß das elektrische Feld durch die akustische* Welle geschaffen ist, welche sich in der piezoelektrischen Schicht fortpflanzt.
    32o Informationsspeicher-Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium ein isolierendes oder halbisolierendes Material (181) umfaßto
    33· Baueinheit nach Anspruch 32,- dadurch gekennzeichnet, daß das halbisolierende Material einen Bandabstand in dem Bereich von 1,5 bis 8,0 V aufweistο
    34-Ο Baueinheit nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Material aus der Gruppe bestehend aus ZnO, ZnS, CdS; CdSe, ZnSe, CdSe, BaTiO5 und KTaO5 gewählt ist»
    35° Baueinheit nach Anspruch 32, gekennzeichnet durch ein MIS-Gebilde, welches die Oberfläche gegenüber der ersten Fläche überdeckt.
    36. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement eine isolierende Schicht sowie mehrere leitende Feldplatten auf der isolierenden Schicht umfaßt.
    37· Baueinheit nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende oder halbisolierende Material dem folgenden
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    Kriterium genügt:
    wobei £ die Dielektrizitätskonstante der isolierenden Schicht, E die elektrische Feldstärke an der isolierenden Schicht, e_ die Elektronenladung, _t die Dicke des halbisolierenden Materials und η die Konzentrationen von Trägern in dem Material darstellen.
    38ο Baueinheit nach Anspruch 37 5 dadurch gekennzeichnet, daß nt < 6 χ 1(/1^ ist =
    39= Baueinheit nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement (182 - 184) zur änderung des elektrischen Feldes längs der Oberfläche des Speichermediums ausgebildet ist«
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    Leerseite
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